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KR20130081304A - 폭넓은 색상 범위 디스플레이 - Google Patents

폭넓은 색상 범위 디스플레이 Download PDF

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KR20130081304A
KR20130081304A KR1020137013837A KR20137013837A KR20130081304A KR 20130081304 A KR20130081304 A KR 20130081304A KR 1020137013837 A KR1020137013837 A KR 1020137013837A KR 20137013837 A KR20137013837 A KR 20137013837A KR 20130081304 A KR20130081304 A KR 20130081304A
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돌비 레버러토리즈 라이쎈싱 코오포레이션
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Abstract

본 발명의 디스플레이는 광원들의 하나의 어레이를 포함하여 구성되는 하나의 일루미네이터에 의해 비추어진다. 이 어레이는, 복수의 컬러들의 광원들을 포함한다. 상이한 컬러들의 광원들은 개별적으로 제어가능하다. 각 컬러 내에서, 변조기의 상이한 영역들을 비추는 광원들은 개별적으로 제어가능하다. 이 디스플레이는 높은 동적 범위와 폭넓은 색상 범위를 가질 수 있다.

Description

폭넓은 색상 범위 디스플레이{Wide color gamut displays}
관련 출원의 상호참조사항
본 출원은, "컬러 이미지의 필드 순차 디스플레이"라는 발명의 명칭의 2004년 12월 23일자로 출원된 미국 특허출원 제60/638,122호에 관련된 주제를 개시하며, 상기 미국출원은 본 명세서의 참고 문헌을 구성한다.
기술 분야
본 발명은 컬러 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명은 컴퓨터 디스플레이, 텔레비전 모니터 또는 그 동등물에 적용될 수 있다.
발명의 배경
전형적인 액정 디스플레이(LCD)는 백라이트와, 이 백라이트의 정면에 가변-투과율 화소들(variable-transmissivity pixels)로 만들어진 스크린을 구비한다. 백라이트는 LCD의 뒷면을 균일하게 비춘다. 화소는 화소의 투과율을 감소시킴으로써 어둡게 만들어질 수 있다. 화소는 백라이트로부터의 빛이 통과할 수 있도록 화소의 투과율을 증가시킴으로써 밝게 나타나도록 만들어질 수 있다. 원하는 패턴의 밝고 어두운 영역들을 만들기 위해 적절한 구동 신호들(driving signals)을 화소들에 인가함(applying)으로써 이미지들이 LCD에 표시될 수 있다.
전형적인 컬러 LCD에 있어서, 각 화소는 독립적으로 제어가능한, 적색, 녹색 및 청색 엘리먼트들로 만들어진다. 각 엘리먼트는 상응하는 컬러의 빛을 통과시키는 하나의 필터를 포함한다. 예를 들어, 적색 엘리먼트는 적색 필터를 포함한다. 화소내에서 적색 엘리먼트만이 빛을 투과시키도록 설정될 때, 빛은 적색 필터를 통과하고 화소는 적색으로 나타난다. 화소는, 상이한 투과율의 적색, 녹색 및 청색 엘리먼트들의 조합들을 일으키는 신호들을 인가함으로써 다른 컬러들을 가지도록 만들어질 수 있다.
형광 램프들이 백라이트 LCD들에 일반적으로 사용된다. "높은 동적 범위(high dynamic range) 디스플레이 장치들"이라는 발명의 명칭의 PCT 공개 제WO03077013A3호는, LED들이 백라이트로서 사용되는 높은 동적 범위 디스플레이를 개시한다.
효율이 높은 디스플레이들이 요구되고 있다. 폭넓은 색상 범위에서 컬러들을 나타낼 수 있는 디스플레이들이 특히 요구되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 디스플레이를 제공한다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디스플레이에서, 일루미네이터(illuminator)로부터의 빛이 변조기(modulator)의 활성 영역에 투사된다. 이 일루미네이터는 독립적으로 제어가능한 발광소자들(light emitters)의 어레이를 포함한다. 발광소자들은 변조기의 활성 영역상에 조명 패턴을 투사하도록 제어될 수 있다. 이 변조기는 관찰 위치(viewing location)에 원하는 이미지를 표시하도록 제어될 수 있다.
본 발명은 또한 컬러 이미지들을 표시하기 위한 방법들을 제공한다.
본 발명의 하나의 측면은 광원들의 어레이를 포함하는 일루미네이터를 포함하여 구성되는 디스플레이를 제공한다. 광원들은 복수의 컬러들의 광원들을 포함한다. 변조기는 일루미네이터에 의해 조명되도록 배치된다. 변조기는 각기 복수의 엘리먼트들을 갖는 복수의 화소들을 포함한다. 일루미네이터 구동 회로는 일루미네이터의 복수의 영역의 각각에서 광원들의 강도들을 독립적으로 제어하고, 각각의 영역 내에서, 복수의 컬러들 각각의 강도를 독립적으로 제어한다. 일루미네이터의 복수의 영역들 각각에 있어서의 광원들은, 일루미네이터 구동 회로에 의해 제어되는 강도와 컬러를 갖는 빛으로 변조기의 상응하는 영역을 비춘다. 변조기 구동 회로는, 화소 엘리먼트들에 의해 일루미네이터로부터 빛의 변조를 제어하도록 결합된다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서 변조기는 하나의 액정 디스플레이 패널을 포함하고, 광원들은 발광 다이오드들을 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서 상이한 컬러들의 광원들은 상이한 최대 광 출력들을 가진다. 그러한 실시예들에서, 더 큰 광 출력들을 갖는 컬러들의 광원들은 더 낮은 최대 광 출력들을 갖는 컬러들의 광원들보다 넓게 이격될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 관찰 영역에서 이미지들을 표시하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 복수의 그룹들의 개별-제어가능한 광원들을 포함하는 어레이를 포함한다. 각 그룹의 광원들은 복수의 컬러들 중 상응하는 컬러의 빛을 방출한다. 이 장치는 복수의 화소들을 포함하는 활성 영역을 갖는 변조기를 포함한다. 이 활성 영역은 어레이에 의해 비추어진다. 각 화소는 활성 영역에 입사되어 관찰 영역으로 통과되는 빛의 비율을 변화시키도록 제어가능하다. 이 장치는 변조기의 활성 영역에 휘도 패턴을 투사하기 위한 제어 신호에 따른 광원들의 그룹들 각각을 구동하도록 구성된 제어 회로를 포함한다. 각각의 그룹들에 대한 휘도 패턴은 활성 영역에 걸쳐 강도 변화를 가진다. 이 변화는 제어 회로에 의해 제어된다.
본 발명의 다른 측면은 관찰 영역에 이미지들을 표시하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은, 복수의 컬러들 중 상응하는 컬러의 빛을 방출하는 각 그룹의 광원들, 개별-제어가능한 광원들의 복수의 그룹들을 포함하는 어레이를 제공하는 단계와; 상기 각 그룹이, 복수의 화소들을 포함하는 변조기의 활성 영역에, 제어 신호에 의해 결정된 활성 영역의 위치에 따라 강도가 변화하는, 휘도 패턴을 투사하도록, 제어 신호에 반응하여 상기 어레이를 구동시키는 단계와; 그리고 상기 활성 영역으로부터의 빛이 관찰 영역으로 통과하도록 선택적으로 허용하기 위해, 상기 변조기의 화소들을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면들과 본 발명의 특정 실시예들의 특징들을 아래에 설명하기로 한다.
본 발명의 비제한적인 실시예들을 설명하는 도면들 중에서,
도 1은, 삼색 LED들의 어레이로 만들어진 일루미네이터를 갖는 디스플레이의 개략도이고;
도 1a는, 일루미네이터 및 변조기 제어 신호들을 발생시기 위한 방법을 설명하는 흐름도이며;
도 2는, 컬러 LED들의 그룹들의 어레이로 만들어진 일루미네이터의 개략도이고;
도 3은, 디스플레이의 일루미네이터 내의 LED들의 점확산 함수들을 나타내는 다이어그램이며;
도 4는, 도 3의 LED들에 의해 비추어지는 변조기 상의 선에 따른 위치에서 휘도의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 5는, 상이한 컬러들의 LED들이 상이한 강도들과 상이한 점확산 함수들을 가지는, 디스플레이의 일루미네이터 내의 LED들의 점확산 함수들을 나타내는 다이어그램이며;
도 6은, 도 5의 LED들에 의해 비추어지는 변조기 상의 선에 따른 위치에서 휘도의 변화를 설명하는 그래프이고;
도 7은, 상이한 컬러들의 LED들이 상이한 강도들과 상이한 점확한 함수들을 가지는, 디스플레이의 다른 일루미네이터 내의 LED들의 점확산 함수들을 설명하는 다이어그램이며;
도 8은, 도 7의 LED들에 의해 비추어지는 변조기 상의 선에 따른 위치에서 휘도의 변화를 설명하는 그래프이고; 그리고,
도 9는, 빛의 둘 또는 그보다 많은 컬러들을 통과하는 광대역 화소 엘리먼트들을 통과하는 빛에 대한 보정을 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
발명의 상세한 설명
다음의 발명의 상세한 설명 전반에 걸쳐서, 구체적인 상세 설명들은 본 발명에 대한 더 완전한 이해를 제공하기 위해 기술된 것이다. 그러나, 본 발명은 이들 특정사항들을 구비하지 않고도 실시될 수 있다. 다른 경우에, 본 발명을 불필요하게 불명확하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 요소들을 도시하지 않거나 상세히 설명하지 않았다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 인식되어야 한다.
도 1은, 하나의 LCD 패널일 수 있는, 하나의 변조기(12)가, 예를 들어, 발광소자들(16)의 어레이(14)를 포함하는 일루미네이터에 의해 백라이팅되는(backlit) 디스플레이(10)를 나타낸다. 도시된 실시예에서, 발광소자들(16)은 발광 다이오드들(LEDs)을 포함한다. 다음의 상세한 설명에서, 발광소자들(16)은 LED들(16)로 지칭되고, 변조기(12)는 LCD 패널로 지칭된다. LED들(16) 대신에 다른 적절한 광원들이 사용될 수 있다. LCD 패널(12) 대신에 다른 적절한 변조기들이 사용될 수 있다.
LED들(16)은 컬러 이미지를 형성하도록 조합될 수 있는 상이한 컬러들의 빛을 가진 독립적인 이미터들을 포함한다. 도 1의 예시 실시예에서, LED들(16)은 적색, 녹색 및 청색 빛의 이미터들을 포함한다. 다른 컬러 조합들이 다른 실시예들에서 제공될 수 있다.
발광소자들은 이산 패키지(discrete packages)로 패키징될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상이한 컬러들의 둘 또는 그 이상의 이미터들이 일반적인 패키지로 포장될 수 있다. 각 컬러의 이미터들은 다른 컬러들의 이미터들과 독립적으로 제어가능하다. 어레이(14) 내 상이한 위치들에 있는 동일한 컬러의 이미터들은 서로 독립적으로 제어가능하다.
LED들(16)에 의해 방출되는 빛은 (일반적으로 20 nm 내지 50 nm의 범위에 있는) 좁은 대역폭들을 가진다. LCD 패널(12)은, 적색, 녹색 및 청색 엘리먼트들(13R, 13G 및 13B)을 각각 포함하는, 화소들(13)을 가진다. 적색, 녹색 및 청색 엘리먼트들의 컬러 필터들은 각기, LED들(16)에 의해 방출된 빛의 컬러들 중 상응하는 컬러의 빛을 통과시키고 다른 컬러들의 빛은 차단하는, 통과 대역(pass band)을 가진다. 디스플레이(10)는 충분히 포화도에 달한(very saturated) 적색, 녹색 및 청색 컬러들을 표시할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, LCD 패널(12)의 컬러 필터들의 통과대역들은 좁다(즉, 150 nm 보다 좁다). 이 통과 대역들은, 예를 들어, 30 내지 100 nm의 범위에 있는 대역폭들을 가질 수 있다. 각 LED(16)에 의해 방출된 빛이 좁은 스펙트럼을 가지므로, 통과대역들이 폭이 넓을 필요가 없다.
몇몇 실시예들에서, 디스플레이(10)는, 각 LED(10)의 밝기가 예를 들어 PCT 공개 제WO03077013A3호에 기술된 바와 같이, 개별적으로 제어되는 모드로 동작될 수 있다. 도 1은, 화소들(13)의 각각의 엘리먼트들에 의해 통과되는 빛의 양을 제어하는 변조기 제어 신호들(18) 및 LED들(16)의 강도들을 제어하는 일루미네이터 제어 신호들(17)을 나타낸다.
몇몇 실시예에서, 일루미네이터 제어 신호들(17)은, 적절한 구동 회로들로 하여금 상이한 컬러들의 LED들(16)의 밝기를 독립적으로 제어하게 하고, 그리고 특정 컬러내에서, 상이한 공간 위치들에 있는 LED들(16)의 밝기를 독립적으로 제어하게 한다. 이것은 일루미네이터(14)로 하여금 변조기(12)상의 상이한 위치들에서 컬러들의 상이한 혼합들을 가지는 빛의 하나의 패턴을 변조기(12)상에 투사하게 한다.
도 1은, 사실상 개략적이다. 화소들(13)의 엘리먼트들과 LED들(16)은 임의의 적절한 2차원 구조로 배치될 수 있으며, 반드시 도시된 구조로 배치되는 것은 아니다.
디스플레이는, 하나의 원하는 이미지를 표시하기 위해 일루미네이터 제어 신호들(17)과 변조기 제어 신호들(18)을 발생시키는 제어 장치(19)를 포함할 수 있다. 원하는 이미지는, 각 화소에 대한 휘도 값들(및, 이미지가 컬러 이미지이면, 컬러 값들)을 직접적으로 또는 간접적으로 특정하는 이미지 데이터(11)에 의해 특정될 수 있다. 이미지 데이터(11)는 임의의 적절한 포맷(format)을 가질 수 있고, 임의의 적절한 컬러 모델을 사용하여 휘도 값 및 컬러 값을 특정할 수 있다. 예를 들어, 이미지 데이터(11)는 다음을 특정할 수 있다:
* 각 화소에 대한 적색, 녹색 및 청색((RGB) 컬러 값들;
* 각 화소가, 휘도로 지칭되는 하나의 값(Y) 및 색차(chrominance)로 지칭되는 한 쌍의 값들(I, Q)에 의해, 표시되는 YIQ 값들;;
* CMY 또는 CMYK 값들;
* YUV 값들;
* YCbCr 값들;
* HSV 값들; 또는
* HSL 값들.
도 1a는 일루미네이터 제어 신호들(17)과 변조기 제어 신호들(18)을 발생시키기 위한 방법(20)을 보여준다. 이 방법(20)은 이미지 데이터(11)로부터 일루미네이터 제어 신호들(17)를 발생시킴으로써 시작된다. 이것은, 어레이(14)의 LED(16)의 각 컬러에 대해 블록들(21-1, 21-2 및 21-3)에서 별개로 수행된다. 도 1a의 실시예에서, 일루미네이터 제어 신호들(17)은, 어레이(14)의 LED 컬러를 각각 제어하는 신호들(17-1, 17-2 및 17-3)을 포함한다.
일루미네이터 제어 신호들(17)은, LED들(16)이 LCD(12)상에 원하는 휘도 패턴을 투사하도록 LED들(16)의 각각을 구동시키기 위한 강도를 제어 장치(19)에서 결정함으로써 발생될 수 있다. 각 컬러들에 대해, 각 화소(13)에서 휘도 패턴의 휘도는, 이미지 데이터(11)에 의해 그 화소(13)에 대해 특정된 하나의 휘도가 그 화소에 대한 엘리먼트들(13R, 13G 및 13B)의 변조 범위내에서 달성될 수 있는 것이 바람직하다. 즉, 휘도( L )는 다음과 같은 것이 바람직하다:
Figure pat00001
(1)
여기서, TMIN 은 화소 엘리먼트의 최소 투과율이고; TMAX 는 화소 엘리먼트의 최대 투과율이며; 그리고 LIMAGE 는 이미지 데이터(11)에 의해 특정된 화소에 대한 휘도이다. 식(1)의 관계[the relationship of Equation (1)]는 각 컬러에 대한 LED(12)의 각 화소에 대해 독립적으로 적용되는(hold) 것이 바람직하다.
상이한 컬러들의 LED들(16)의 상대적 광 출력이 LCD(12)상의 이곳저곳에 따라 변화하는 것이 일반적일 것이기 때문에, 어레이(14)의 이미터들에 의해 LCD(12)상에 투사된 빛의 컬러가 어레이(12)상의 이곳저곳에 따라 변화하는 것이 일반적일 것이다.
제어 장치(19)는, LCD(12)의 각 화소(13)의 엘리먼트들의 각각에 대해, 이미지 데이터(11)에 의해 특정된 원하는 휘도를, 일루미네이터 제어 신호(17)에 의해 구동될 때 일루미네이터 어레이(14)에 의해 제공된 그 엘리먼트의 휘도로 나눔으로써 변조기 제어 신호들(18)을 발생시킬 수 있다. 일루미네이터 어레이(14)에 의해 제공된 휘도는 효과적인 휘도 패턴(effective luminance pattern: ELP)라고 부를 수 있다. 각 엘리먼트(13R, 13G 또는 13B)가 어레이(14)의 컬러들 중의 하나의 빛만을 전송하기 때문에, ELP는 각 컬러에 대해 개별적으로 계산될 수 있으며, 변조기 제어 신호들(18)을 결정하기 위한 계산은 각 컬러에 대해 독립적으로 수행될 수 있다.
방법(20)은 블록들(22-1, 22-2, 및 22-3)에서 빛의 각 컬러에 대한 ELP들을 계산한다. 방법(20)은 블록들(23-1, 23-2 및 23-3)에서 각 컬러에 대한 변조기 제어 신호를 결정한다. 도 1a의 실시예에서, 변조기 제어 신호들(18)은, 변조기(12)의 제 1, 제 2 및 제 3컬러들의 엘리먼트들을 각각 제어하는, 신호들(18-1, 18-2 및 18-3)을 포함한다.
도 1의 배치는, LCD(12)의 어떤 영역상으로 어레이(14)에 의해 투사된 휘도의 패턴이 그 영역의 화소들(13)의 것과 비슷한 컬러를 가지도록 만들어질 수 있기 때문에, 에너지 효율적인 방식으로 동작될 수 있다. 예를 들어, 이미지 데이터가, 이미지의 영역이 주로 적색이어야 하는 것으로 특정하는 곳에서, LCD(12)의 상응하는 영역의 백라이팅(backlighting)이 어레이(14)의 적색 이미터들에 의해 완전히 또는 대부분 제공될 수 있다. 그 영역내의 청색 및 녹색 이미터들은 감소된 레벨로 동작되거나 턴 오프(turn off)될 수 있다.
도 2는, 특정한 배치의 이산 컬러 LED들(discrete colored LEDs)(26)을 가지는 일루미네이터(25)를 나타낸다. 일루미네이터(25)에서, LED들(26)은 그룹들(21)로 배치된다. 각 그룹(21)은 적색 LED(26R), 녹색 LED(26G) 및 청색 LED(26B) [집단적으로 LED들(26)]를 포함한다. 도 2는 적색, 녹색 및 청색 LED들(집단적으로 LED들(27)) 각각에 대한 개별적인 일루미네이터 제어 신호들(27R, 27G, 27B)을 도시한다. 구동 신호들(27)은, 각 컬러에 대한 LCD(12)의 활성 영역 위에 원하는 휘도 패턴을 제공하기 위하여 구동 회로(28)로 하여금 LED들(26)의 강도들을 제어하게 만든다.
LED들(26)의 균일한 분포는, LED들(26)로 하여금 LED(26)의 각 컬러에 대한 LCD 패널의 상대적으로 균일한 조명을 제공하게 해준다. 도 3은, 복수의 LED들(26)에 대한 예시적인 점확산 함수들을 나타낸다. 도 3에서:
* 각 컬러내에서 인접한 LED들(26)의 점확산 함수들이 중첩된다.
* LED들(26) 각각이 최대 출력으로 동작한다.
* 각 LED(26)는 (임의 단위로(in arbitrary units) 1.0으로 표시된) 점확산 함수의 최고점(peak)에서 동일한 강도의 빛을 발생시킨다.
* 각 컬러의 LED들(26)은 일루미네이터(25)에서 균일하게 분포된다.
도 4는, 도 3의 점확산 함수들로 표시된 LED들의 각각의 컬러들에 대한 선에 따른 위치 함수로서 전체 강도를 나타낸다. 도 4의 각각의 곡선들은 각 포인트에 있어서의 하나의 컬러의 모든 이미터들에 대한 점확산 함수들을 서로 더함으로써 얻어질 수 있다. 각 컬러에 대해, 그 컬러에 대한 강도가 컬러의 LED들을 적절히 제어함으로써 모든 포인트에서 I MIN 보다 크거나 이와 동일하게 만들어질 수 있도록 값(I MIN )이 존재함을 알 수 있다.
각 컬러에 대한 ELP의 위치에 의한 강도의 변화는, 변조기(12)에 의해 빛의 전송을 조절함으로서 보상될 수 있다.
모든 LED들(26)의 최대 강도는 동일할 필요가 없다. 상이한 컬러들의 LED들은 상이한 효율들을 가지는 경향이 있다. 적색 LED들의 효율(특정 전력에 대해 발생된 빛의 양)은 녹색 LED들의 것보다 더 큰 것이 일반적이다. 전형적인 적색 및 녹색 LED들은 전형적인 청색 LED들보다 더 큰 효율을 가진다. 어느 정도까지는 더 큰 비용을 들이면 어떤 하나의 사용가능한 컬러의 더 밝은 LED들을 얻을 수 있다. 디스플레이들을 설계하는 자들은 최대 광 출력, 사용 전력(electrical power requirements), 및 비용과 같은 요인들을 기초로 하여 적절한 LED들을 선택할 수 있다. 현재로서는, 3:5:1의 플럭스 비율(flux ratios)을 갖는 적색, 녹색 및 청색 LED들을 제공하는 것이 가장 비용 효율적임을 발견하는 것이 보통이다. 그러한 플럭스 비율로, 적색 LED들은 청색 LED들보다 3배 더 밝으며, 녹색 LED들은 청색 LED들보다 5배 더 밝다.
도 5는, 본 발명의 하나의 실시예에서 여러 LED들에 대한 예시적인 점확산 함수들을 나타내며, 여기서, 동일한 강도들의 빛을 방출하는 적색 및 청색 LED들보다 더 큰 강도의 빛을 녹색 LED들이 방출한다. 도 5에서, 적색 LED들은 청색 LED들보다 더 폭이 넓은 점확산 함수들을 가지며, 청색 LED들은 녹색 LED들보다 더 폭이 넓은 점확산 함수들을 가진다. 점확산 함수의 폭은 반치폭(full width at half maximum: FWHM)으로서 취해질 수 있다.
도 6은, 도 5의 점확산 함수들로 표시되는 LED들의 각각의 컬러들에 대해 [LCD(12)와 같은] 하나의 변조기 상의 선에 따른 위치 함수로서의 전체 강도(total intensity)를 나타낸다. I MIN 이 녹색 LED들에 의해 결정되는 것을 볼 수 있다. 도 6의 곡선들이 측정되는 선에 따른 모든 곳에서 청색 및 적색 LED들로부터의 빛이 I MIN 을 초과하는 강도를 달성할 수 있다.
일루미네이터 어레이에서 상이한 컬러들의 LED들의 간격들, 점확산 함수들, 및 최대 강도들은 전력이 과다하게 소모되지 않고 I MIN 에 대한 원하는 값을 달성하도록 조절될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 모든 LED들(26)이 최대 출력에 있을 때, 변조기(12)는, 각 컬러의 빛으로 아주 균일하게 비추어지고, 각 컬러의 빛의 평균 강도는 다른 컬러들의 각각의 빛의 평균 강도(즉, 10% 또는 15% 내의)와 대체로 동일하다.
몇몇 실시예에서, 어레이(14)는 제 1 폭의 점확산 함수를 가지는 제1 광원들과 제 2 폭의 점확산 함수들을 갖는 제 2 광원들을 포함한다. 제 1 및 제 2 광원들은 상이한 컬러들의 빛을 방출한다. 제 1 및 제 2 광원들은 어레이(14)에 대체로 균일하게 각기 분포된다. 디스플레이에서, 제 1 광원들 중 이웃하는 광원들의 이격거리 대 제 2 광원들 중 이웃하는 광원들의 이격거리의 비율은, 제 1 및 제 2 폭들의 폭의 비율의 임계량(threshold amount), 예를 들어 15% 내에 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 일루미네이터(25)의 각 컬러의 LED들의 수는 LED들의 플럭스 비율에 적어도 대략 반비례한다. 예를 들어, 일루미네이터가 3:5:1의 유동비들을 가지는 3 컬러들의 LED들을 가지는 경우에는, 일루미네이터의 3 컬러들 각각의 LED들의 수는 5:3:15의 비율로 될 수 있을 것이다. 각 컬러의 LED들은 일루미네이터상에 대체로 균일하게 분포된다. 몇몇 실시예들에서, LED들의 점확산 함수들은 LED들 사이의 간격에 따라 증가하는 폭들을 가진다. 하나의 컬러의 LED들의 점확산 함수들은 그 컬러의 LED들 사이의 간격에 정비례하는 폭들을 가질 수 있다.
도 6은, LED들의 예시적인 세트에 대한 점확산 함수들을 나타낸다. 도 6에서, 녹색 LED들은, 적색 또는 청색 LED들보다 더 강하고(intense), 더 이격되어 있으며, 더 폭넓은 점확산 함수들을 가진다. 적색 LED들은, 녹색 및 청색 LED들의 것들의 중간인 점확산 함수 너비들, 간격들(spacings), 최대 강도들을 가진다. 도 7은, 도 6의 점확산 함수들로 표시된 LED들의 각각의 컬러들에 대한 [LED(12)와 같은] 변조기 상의 선에 따른 위치 함수로서 전체 강도를 나타낸다.
본 발명의 몇몇 실시예들은 3 이상의 컬러들의 개별-제어가능 발광소자들을 갖는 루미네이터들을 제공한다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 발광소자들에 더하여, 황색 또는 청록색(cyan) 발광소자들이 제공될 수 있다. 변조기(12)의 각 화소는 일루미네이터(14)에 의해 방출된 빛의 각 컬러에 상응하는 엘리먼트들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일루미네이터가 적색, 녹색, 청색 및 황색 발광소자들을 포함할 경우, 변조기(12)의 각 화소는 적색 빛을 투과시키는 엘리먼트, 녹색 빛을 투과시키는 엘리먼트, 청색 빛을 투과시키는 엘리먼트 및 황색 빛을 투과시키는 엘리먼트를 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 변조기(12)의 화소들은, 일루미네이터(14)에 의해 방출된 빛의 둘 또는 그보다 많은 컬러들을 적어도 부분적으로, 통과시키는 엘리먼트들을 포함한다. 둘 또는 그보다 많은 컬러들을 통과시키는 엘리먼트는 광대역 엘리먼트라고 부를 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색, 청색 및 흰색 엘리먼트들을 포함하는 RGBW LCD 패널들이 적용가능하다. 그러한 패널들에서, 흰색 엘리먼트들은 필터들이 없으므로, 어떠한 컬러의 빛도 통과시킬 것이다. 흰색 엘리먼트들은 광대역 엘리먼트들이라고 부를 수 있다.
광대역 엘리먼트들은 화소들의 밝기를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 일루미네이터(14)에 의해 변조기(12)에 투사되는 빛의 컬러가 화소의 컬러와 비슷하도록 만들어질 수 있기 때문에, 화소의 밝기는 화소의 색포화도(color saturation)를 크게 저하시키지 않고 광대역 엘리먼트(바람직하게는 "흰색" 광대역 엘리먼트)에 의한 빛의 투과를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 화소들의 광대역 엘리먼트들은 추가적인 원색을 제어하도록 사용된다. 예를 들어, 화소의 흰색 엘리먼트는 일루미네이터에 의해 제공된 컬러들 중의 하나의 빛을 통과시키기 위해 사용될 수 있는 한편, 화소의 다른 엘리먼트들은 일루미네이터에 의해 제공된 다른 컬러를 통과시키는 필터들을 각기 가진다. 예를 들어, RGBW LCD 패널은, 적색, 녹색, 청색과 같은 기본 컬러들과, 예를 들어 황색 빛인 추가 컬러의 빛을 발생시키는 발광소자들의 어레이에 의해 백라이팅될(backlit) 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 빛은 LCD 패널의 상응하는 적색, 녹색 및 청색 엘리먼트들에 의해 변조된다. 황색 빛은 LCD 패널의 흰색 엘리먼트들에 의해 변조된다.
본 발명의 그러한 실시예들에서, 일루미네이터의 발광 소자들의 하나의 그룹과 상응하는 이미지 영역에 대한 3개의 기본 이미지 케이스들이 있다. 이들은 다음과 같다:
* 이미지 영역에 포화된 황색(saturated yellow)이 없다. 이 경우에, 이미지는 흰색 화소와 관계없이 재생될 수 있다. 흰색 화소가 동작하지 않는 상태로 남겨질 수도 있다. 그와 달리, 더 많은 RGB 광이 적절하게 통과하게 허용하도록, 흰색 화소가 동작될 수도 있다. 일루미네이터의 황색 LED는 동작되지 않거나 흰색 영역들의 RGB 컬러 밝기를 유지시키는 정도까지만 동작한다.
* 이미지 영역의 화소들의 컬러는 주로 황색으로 포화된다. 이 경우에, 그 영역에 상응하는 적색, 녹색 및 청색 LED들은 대체로 동작하지 않거나 희미하며, 황색 LED(들)은 선명한 레벨(bright level)로 동작한다. 흰색 하위-화소(sub-pixel)는 그에 따라 주로 황색 LED로부터의 황색 빛을 변조시키기 위해 사용된다.
* 이미지 영역은, 화소들 중의 몇몇은 포화된 황색을 표시하고 다른 것들은 현저한 적색, 녹색 또는 청색 성분들을 갖는, 그러한 화소들의 혼합을 포함한다. 이 경우에, 일루미네이터는 4가지 LED 컬러들 모두의 빛으로 영역의 화소들을 비춘다. 변조기의 흰색 화소 엘리먼트들은 황색 빛 성분들이 통과하도록 동작될 수 있다. 흰색 화소 엘리먼트들은 또한 적색, 녹색 및 청색 광을 통과하게 허용할 것이다. 그 결과는, 흰색 필터를 통과하는 RGB 빛에 의해 약하게 포화도가 저하된(slightly desaturated) 적절한 황색 영역을 만들어 낼 것이다. 이 포화도 저하(desaturation)는, 황색이어야 할 화소들의 적색, 녹색 또는 청색 엘리먼트들을 통과하는 빛을 감소시킴으로서 최소화될 수 있다. 이미지 영역의 황색부분들이 작을 것이기 때문에 약한 포화도 저하는 허용가능한 것이 일반적이다(그렇지 않으면, 이것은 위의 두 번째 경우의 하나의 예가 될 것이다). 적색, 녹색 또는 청색 빛의 성분들보다 다소 더 밝은 황색 빛으로 변조기를 비출 수 있는 황색 LED들을 제공하는 것은 이 포화도 저하를 더 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어 장치(19)는, 기본 컬러들의 빛이 광대역 엘리먼트들을 통과한다는 사실을 보상하기 위해, 기본 컬러들에 상응하는 엘리먼트들에 대한 변조기 제어 신호들을 보정한다. 도 8은 이 보상을 제공하는데 사용될 수 있는 방법(60)을 설명한다. 블록(62)에서 이 방법(60)은, 복수의 기본 컬러들에 대한 일루미네이터 값들(63-1, 63-2, 63-3)과 추가 컬러(extra color)에 대한 일루미네이터 값들(63-4)을 결정한다. 일루미네이터 값들은 임의의 적절한 방식으로 얻어질 수 있다. 일루미네이터 값들은 일루미네이터(14)의 광원들의 밝기를 특정한다.
블록(64)에서, 이 방법(60)은 모든 컬러들에 대한 ELP를 결정한다. 블록(66)은 광대역 화소 엘리먼트들에 대한 변조기 값들(67)을 결정한다. 추가 화소 변조기 값들(67)은 추가 컬러의 원하는 양이 각 화소를 통과하도록 선택된다.
블록(68)은 기본 컬러들에 상응하는 화소 엘리먼트들에 대해 변조기 값들(69-1, 69-2 및 69-3)을 각각 결정한다. 이 기본 컬러 변조기 값들은 각 화소와 각 기본 컬러에 대해 다음과 같은 단계에 의해 결정될 수 있다:
* 그 화소에 대해 변조기를 통과하여야 하는 기본 컬러의 빛의 원하는 양을 이미지 데이터(11)로부터 확정하는(ascertaining) 단계;
* 광대역 화소에 의해 통과시켜질 기본 컬러의 빛의 양[이 양은 그 기본 컬러에 대한 ELP와 여분의 컬러 변조기 값들(67)로부터 확정될 수 있다]을 공제하는 단계; 그리고
* 화소에서 통과되는 기본 컬러의 빛의 전체 양을 원하는 양과 동일하게 만드는데 필요한 기본 컬러의 추가적인 빛(만일, 있다면)을 통과하도록 하기 위해, 그 기본 컬러의 엘리먼트에 대한 변조기 값을 선택하는 단계.
본 발명의 특정한 실시예들은, 프로세서들로 하여금 본 발명의 방법을 수행하게 하는 소프트웨어 명령어들을 실행하는, 컴퓨터 프로세서들을 포함하여 구성된다. 예를 들어, 제어 장치(19)의 하나 또는 그보다 많은 프로세서들은, 프로세서들에 접근가능한 프로그램 메모리의 소프트웨어 명령어들을 실행하는 도 1a 및/또는 도 8의 방법들을 수행할 수 있다. 본 발명은 또한 프로그램 제품의 형태로 제공될 수 있다. 이 프로그램 제품은, 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 때, 데이터 프로세서로 하여금 본 발명의 방법을 실행하게 하는 명령어들을 포함하여 한 세트의 컴퓨터-판독가능 신호들(computer-readable signals)을 가지는(carry) 어떤 하나의 매체를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 프로그램 제품은 광범위한 종류의 임의의 형태일 수 있다. 프로그램 제품은, 예를 들어, 플로피 디스켓을 포함하는 자기 데이터 저장 매체, 하드 디스크 드라이브, CD ROM을 포함하는 광학 데이터 저장 매체, DVD, ROM을 포함하는 전자 데이터 저장 매체, 플래시 RAM 또는 그 동등물과 같은 유형적(physical) 매체, 또는 디지털 또는 아날로그 통신 링크와 같은 투과형 매체(transmission-type media)를 포함할 수 있다.
구성요소[예를 들어, 소프트웨어 모듈, 프로세서, 어셈블리, 장치, 회로 등]가 위에서 언급된 곳에서, 달리 표시되지 않는 한 그러한 구성요소에 대한 언급("수단"에 대한 언급 포함)은 기술된 구성요소의 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 균등한) 구성요소를 어느 것이든, 그 구성요소의 균등물로서 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 그러한 구성요소는 예를 들어 설명한 본 발명의 실시예들에서의 기능을 수행하는, 개시된 구조와 구조적으로 동일하지 않은 구성요소들을 포함한다.
전술한 설명에 비추어 당업자들에게 명백할 것이거니와, 수많은 변경과 변형이 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고서 본 발명의 실시에 있어 가능할 것이다. 그 예를 들면 다음과 같다:
* 본 발명에 따른 디스플레이에서 일루미네이터의 광원들은 반드시 LED들은 아니며, 다른 유형의 광원일 수 있다.
* 본 발명에 따른 디스플레이에서 일루미네이터의 광원들은 반드시 적색, 녹색 및 청색일 필요가 없고, 다른 컬러들일 수 있다.
* 본 발명에 의한 디스플레이의 일루미네이터의 광원은 하나 이상의 발광소자로 만들어질 수 있다.
* [최대 색상 범위(full color gamut)가 달성되어야 한다면, 적어도 3 컬러들이 일반적으로 필요하기는 하나] 일루미네이터는 광원의 3개 보다 많거나 적은 상이한 컬러들을 포함할 수 있다.
* 도 1a 및 9의 방법들의 블록들의 동작은, 하나의 블록의 결과가 차례로 다음에 오는 것으로 도시된 블록의 동작들을 시작하는데 필요하지 않는 경우에 부분적으로 또는 전체적으로 상이한 순서로 수행될 수 있다. 예를 들어, 기본 컬러들에 대한 ELP는, 도 9의 블록(68)까지는 필요하지 않다. 기본 컬러들에 대한 ELP는, 블록들(62 및 68) 사이의 임의의 시간에서 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해 정의되는 요지(substance)에 따라 구성된다.

Claims (16)

  1. 디스플레이에 있어서,
    이산 컬러링되고 독립적으로 제어가능한 고체상태 발광소자들의 이차원 배치를 포함하는 광원층으로서, 상기 발광소자들의 제 1 세트는 제 1 컬러의 빛을 방출하도록 구성되고, 상기 발광소자들의 제 2 세트는 제 2 컬러의 빛을 방출하도록 구성되며, 또한 상기 발광소자들의 제 3 세트는 제 3 컬러의 빛을 방출하도록 구성되는, 상기 광원층; 및
    이미지 데이터에 따라 상기 발광소자들의 광 출력을 제어하도록 구성되는 제어 장치를 포함하며;
    상기 세트들 중 하나의 세트의 광원들에 대한 점확산 함수(a point spread funtion)는 상기 세트들 중 다른 하나의 세트의 광원들에 대한 점확산 함수보다 더 넓고;
    상기 발광소자들의 각 세트들 내에서, 세트 내 발광소자들 중 인접한 발광 소자들의 점확산 함수들이 중첩되고;
    상기 세트들 중 적어도 하나의 세트는 상기 세트들 중 다른 하나의 세트보다 더 많은 발광소자들을 포함하는, 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 세트는 적색 발광 다이오드를 포함하고, 제 2 세트는 녹색 발광 다이오드를 포함하고 제 3 세트는 청색 발광 다이오드를 포함하는, 디스플레이.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 광원에 의해 방출된 빛은 20nm 내지 50nm 범위의 대역폭을 가지는, 디스플레이.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 발광소자들에 대응하는 빛의 컬러들은 컬러 이미지를 형성하기 위해 결합될 수 있는 컬러들의 세트인, 디스플레이.
  5. 제 1항에 있어서, 상이한 컬러들의 상기 광원들은 상이한 최대 광 출력들을 가지는, 디스플레이.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 세트들은 활성 영역에 걸쳐 강도의 변화를 가지는 휘도 패턴을 생산하며, 상기 변화는 제어 장치에 의해 제어되는, 디스플레이.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 발광소자들은 발광 다이오드들(LEDs)을 포함하는, 디스플레이.
  8. 제 7항에 있어서, 상이한 컬러들의 LED들은 상이한 점확산 함수를 가지는, 디스플레이.
  9. 제 7항에 있어서, 상이한 컬러들의 LED들은 상이한 최대 강도들을 가지는, 디스플레이.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 광원들이 원하는 휘도 패턴을 투사하게 되도록 각 광원들을 구동하기 위한 강도를 결정함으로써 제어 신호들을 생성하도록 구성되는, 디스플레이.
  11. 제 1항에 있어서, 제 1 그룹은 제 1 폭의 점확산 함수들을 가지는 제 1 광원들을 포함하고, 제 2 그룹은 상기 제 1 폭과 다른 제 2 폭을 가지는 제 2 광원을 포함하는, 디스플레이.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 광원 층은 독립적으로 제어가능한 발광소자들의 제 4 세트를 포함하고, 상기 발광소자들의 제 4 세트는 제 1, 제 2 및 제 3 컬러들과 상이한 제 4 컬러의 빛을 방출하도록 구성되는, 디스플레이.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 4 컬러는 황색 (yellow) 또는 청록색 (cyan) 중에서 선택되는, 디스플레이.
  14. 제 7항에 있어서, 각각의 세트 내 LED들의 수는 LED들의 플럭스 비율(flux ratio)에 적어도 반비례하는, 디스플레이.
  15. 제 7항에 있어서, 상기 LED들은 그룹들로 배치되고 각 그룹은 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 포함하는, 디스플레이.
  16. 제 7항에 있어서, 상기 제어 장치는 이미지 데이터로부터 LED의 각 컬러에 대해 독립적으로 제어 신호들을 발생하도록 구성되는, 디스플레이.
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